[發明專利]一種石墨烯增強鈦基復合材料制備方法

有效

• 申請號: 202210617924.0
• 申請日: 2022-06-01
• 公開（公告）號: CN114855022B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 侯甲彬;李國峰;馬強;惠正林;任軒;孫庶業;神偉;王守寶;劉剛;郭俊杰
• 申請（專利權）人: 山東交通學院
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;B22F3/105;B22F1/12;B22F1/16;B22F3/20;B22F9/04
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本發明公開了一種石墨烯增強鈦基復合材料制備方法，其中，包括如下步驟，S1，預分散，將GNPs漿料、TA15球粉和B粉混合并進行預分散，以得到B粉分布于GNPs和TA15球粉之間的預分散混合粉末；S2，SPS燒結，將混合粉末放在石墨模具中，在800℃到1100℃溫度條件下進行燒結，部分B原子向高溫Ti基體定向擴散，以得到燒結態復合材料；S3，包套熱擠壓，將燒結態復合材料在900℃溫度條件加熱后，進行擠壓，部分B原子向GNPs優先擴散，定向擴散和優先擴散的B原子阻礙C原子向Ti方向擴散，進而抑制GNPs與Ti基體嚴重的界面反應，以保留GNPs片層。本發明能夠有效的控制GNPs與Ti基體界面反應，提升石墨烯增強鈦基復合材料的抗拉強度。

技術領域

本發明涉及石墨烯復合材料技術領域，具體涉及一種石墨烯增強鈦基復合材料制備方法。

背景技術

隨著現代科學技術的飛速發展，對服役溫度和適應極端環境的能力提出了更高要求。以航空航天用高端緊固件產品為例，其為最廣泛、使用量最大的基礎通用件。對于抗拉級別為1200MPa-1500MPa超高強的緊固件的需求愈發緊迫，而制約這類高端緊固件的主要因素為材料的研發及制造。

由于石墨烯具有優異的力學性能及超大的比表面，已經被國內外的諸多學者作為增強相引入鋁、銅和鎂等金屬復合材料中，并展開了大量研究，以提升復合材料的抗拉強度。對于將石墨烯作為增強相引入鈦，仍存在較多的問題，其中，最關鍵的是碳原子與鈦原子在高溫成型過程中易發生化學反應，GNPs(石墨烯)承載結構被嚴重破壞，難以留存進而失去增強效果。適當的界面結合強度及完整的GNPs承載結構是獲得高強兼具塑性TMCs(纖維均勻增強)的關鍵因素。

因此，如何解決GNPs與Ti基體嚴重界面反應的問題，是本領域亟待解決的關鍵問題之一。

發明內容

本發明的目的是提供一種石墨烯增強鈦基復合材料制備方法，以解決現有技術中的不足，它能夠防止GNPs與鈦基體發生嚴重的界面反應問題，能夠有效提升石墨烯增強鈦基復合材料的抗拉強度。

本發明提供了一種石墨烯增強鈦基復合材料制備方法，其中，包括如下步驟，

S1，預分散，將GNPs漿料、TA15球粉和B粉混合并進行預分散，以得到B粉分布于GNPs和TA15球粉之間的預分散混合粉末；

S2，SPS燒結，將預分散混合粉末放在石墨模具中，在800℃到1100℃溫度條件下進行燒結，部分B原子向高溫Ti基體定向擴散，以得到燒結態復合材料；

S3，包套熱擠壓，將燒結態復合材料在850℃-1050℃溫度條件加熱后，進行擠壓，部分B原子向GNPs優先擴散，定向擴散和優先擴散的B原子阻礙C原子向Ti基體方向擴散，進而抑制GNPs與Ti基體嚴重的界面反應，以保留GNPs片層。

如上所述的石墨烯增強鈦基復合材料制備方法，其中，可選的是，步驟S1包括如下具體步驟：

S11，將B粉和TA15球粉進行低能球磨；

S12，將低能球磨后的B粉和TA15球粉，加入到GNPs漿料與有機溶劑的混合液中，進行二次低能球磨；

S13，取出二次低能球磨后的混合物，并加入到有機溶劑中攪拌；

S14，對攪拌的溶液進行真空抽濾，直至得到半干狀態的混合粉末；

S15，將半干狀態的混合物在真空環境下進行干燥，得到預分散混合粉末。

如上所述的石墨烯增強鈦基復合材料制備方法，其中，可選的是，步驟S11中B粉和Ti球粉低能球磨的時間不小于5小時；

步驟S12中，二次低能球磨的時間不小于5小時。